Вода из воздуха | ТМ 1938-06

Проф. Г. ПОКРОВСКИЙ

На протяжении тысячелетий велась людьми борьба за получение воды в безводных засушливых местностях. Прекрасные оросительные каналы были построены в древнем Египте и Месопотамии еще за 5 тыс. лет до нашего времени. А часть древних оросительных сооружений в Индии и Узбекистане с успехом используется и сейчас.

Однако несмотря на то, что борьба за воду длится много сотен лет, далеко не все возможности использованы для получения воды. Среди этих возможностей не последнее место занимают способы получения воды из воздуха. Даже в самых засушливых местностях столб воздуха над каждым квадратным метром земной поверхности содержит от $1$ до $20$ л воды в виде водяного пара. В среднем за семь дней выпадает такое количество осадков (на $1$ кв. м) в районе Москвы. Таким образом, в атмосферном воздухе содержится значительное количество воды, которой хватило бы для орошения посевов, для промышленных и бытовых целей. Однако извлечь эту воду из воздуха и перевести ее из парообразного состояния в жидкое — дело достаточно трудное. Действительно, для того чтобы перевести $1$ г водяного пара в жидкое состояние, необходимо отнять у него примерно $540$ малых калорий. Это количество теплоты могло бы увеличить температуру массы воды в $540$ г на $1$°. Вместе с тем известно, что теплота может передаваться лишь от более нагретых тел к телам, нагретым менее. Следовательно, для того чтобы получить воду из воздуха, нужно иметь громадную массу какого-либо холодного вещества, которое могло бы поглотить теплоту, выделяемую парами при их конденсации. Кроме того, самая конденсация пара может начаться лишь после соответствующего охлаждения. Таким образом, чтобы получить воду из воздуха, нужно затратить соответствующее количество холода.

Но как получить достаточный запас холода?

Чтобы правильно решить этот вопрос, следует учесть, что многие засушливые области, вроде Казахстана, Узбекистана и т. д., имеют резко выраженный континентальный климат. При континентальном климате, который вообще характерен для стран, удаленных от океанов, обычны резкие различия температур днем и ночью, и особенно летом и зимой. Нельзя ли этим воспользоваться: накоплять каким-либо способом возможно большее количество холода зимой, с тем чтобы летом использовать его для получения воды из воздуха? Конечно, можно. В сущности, эта идея воплотилась в реальность уже давно. Например, в Иране и Афганистане для этой цели служат каналы, пробиваемые кустарно в откосах холмов и оврагов так, что один конец канала выходит наружу у подножья откоса, а другой — в верхней его части. Температура грунта на некоторой глубине, как известно, близка к средней годовой температуре в данной местности. Поэтому в течение лета, как раз тогда, когда вода особенно нужна, внутренние части грунта много холоднее атмосферного воздуха. Теплый воздух входит через верхнее отверстие холма в канал, охлаждается, становится более тяжелым, опускается вниз и выходит наружу через нижнее отверстие. За счет охлаждения воздуха и получается выделение из него воды.

В некоторых случаях вместо описанного устройства применялись просто большие кучи камня, внутри которых происходила конденсация водяного пара. Остатки таких куч можно найти, например, в Крыму, по соседству с развалинами генуэзских поселений.

Описанные способы примитивны и кустарны. В условиях современной техники они могут быть значительно усовершенствованы.

В горном массиве можно пробить систему каналов, расположенных так, чтобы возможно более облегчить движение воздуха и теплопередачу от воздуха к горному массиву. Установив на горе ветряные двигатели, вырабатывающие электроэнергию, можно воспользоваться этой энергией для приведения в действие мощных вентиляторов, которые будут прогонять воздух через каналы в горе. Каналы эти, конечно, должны быть устроены так, чтобы и естественная тяга, вызываемая охлаждением воздуха, помогала его движению.

Зимой, пропуская холодный воздух через каналы скалы, можно заморозить ее массив. Затем летом за счет накопленного холода можно получить значительное количество воды.

Попробуем подсчитать, какое количество воды может дать такая установка. Пусть объем используемого массива скалы равен $30\times 100\times 200$ м $=600$ тыс. куб. м. Пусть плотность породы равна $2$ г/куб. см и удельная теплоемкость $0,5\frac{малыхкалорий}{грамм\cdot градус}$.

При таких условиях охлаждение на $1$° по сравнению с окружающей средой позволит этому массиву поглотить $600$ млн. больших калорий.

Если допустить, что окружающий воздух имеет летом в среднем температуру, равную $20$°, а массив удалось охладить зимой до минус $10$°, то разность температур между окружающим воздухом и массивом будет равна $30$°. Следовательно, массив поглотит $600000000\times 30=18000000000$ больших калорий. Допустим, что коэффициент полезного действия равен в данном случае 50%. Это значит, что только половина всего запаса холода будет израсходована, т. е. будет поглощено $9$ млрд. больших калорий.

Приближенно (с запасом) для получения $1$ л воды требуется $600$ больших калорий, следовательно, описанная установка даст: $\frac{9000000000}{600}=15$ млн. л = $15$ тыс. куб. м воды.

Этой воды хватит на обслуживание в течение года поселка с населением более $1200$ человек.